Наса построит парник на марсе

Чем можно заменить почву

Сегодняшние способы космического садоводства можно условно разделить на те, для которых нужен относительно плотный субстрат (скажем, почва или глина), и те, где главную роль играют вода и жидкие растворы.

Когда Veggie отслужит свое, ее планируют заменить более крупной установкой — полностью автоматической «теплицей» Advanced Plant Habitat (APH). В ней можно будет регулировать множество параметров, в том числе влажность, давление, освещенность, объем подаваемого кислорода и питательных веществ, и даже измерять температуру отдельных листьев. В NASA любят говорящие аббревиатуры, поэтому систему контроля множества параметров назвали PHARMER (Plant Habitat Avionics Real-Time Manager in Express Rack). Исследователи из Космического центра Кеннеди уже продумали первые эксперименты с участием APH.

Марс: кандидат номер один

Марс всегда казался
заманчивым вариантом для колонизации, что в целом понятно. Это планета земной
группы, похожая на наш мир. Марс имеет аналогичные земным период вращения и
смену времен года. На обеих планетах можно встретить  вулканы, горы, хребты, ущелья, плато, каньоны
и равнины.

Различий – тоже хоть
отбавляй, и без «продвинутого» защитного снаряжения делать на Марсе нечего.
Между тем Красная планета имеет несравнимо более привлекательные условия, чем
«выжженные» Солнцем Меркурий или Венера. Есть еще спутники газовых гигантов,
но, в силу огромных расстояний, полет к ним займет столько времени и сил, что
говорить о создании постоянного поселения можно разве что на страницах
научно-фантастических книг.

Марс также не близкая
цель. Минимальное расстояние от него до Земли – 55,75 миллиона километров,
максимальное – около 401 миллиона километров. Для сравнения: среднее
расстояние от нашей планеты до Луны составляет жалкие 384 403 километра, а ведь
высадка на спутник была сложнейшей инженерной задачей… 


База на Марсе / Mars One

Отчасти правы те, кто
называют планируемый полет человека к Марсу «первой настоящей космической
экспедицией», а высадку на Луне рассматривают как часть освоения Земли и ее
окрестностей. Если говорить совсем кратко, лететь на Марс долго, дорого и
технически сложно. Один из самых быстрых способов доставки людей на Красную
планету предложил небезызвестный Илон Маск. В рамках его системы Interplanetary
Transport System (теперь – Big Falcon Rocket) подразумевают создать ракету
и несколько типов кораблей, с помощью которых довезти до Марса 100 человек
можно будет за 80 дней. А затем сократить этот срок до 30 дней.

Сложности не раз
становились причиной того, почему планы полета человека к Марсу дополняли,
пересматривали и переносили на неопределенное время. При этом Красная планета
как объект для колонизации выглядит заманчивее Луны. Считается, например, что
первая может быть богата минеральными ресурсами. В силу отсутствия свободного
кислорода в атмосфере, допускают наличие на Марсе крупных месторождений меди,
железа, вольфрама, рения, урана, золота. Наконец, терраформирование Марса в
обозримом будущем может сделать его «второй Землей».

Увы, свидетелями
подобного, мы, вероятно, сможем стать лишь в одном случае: если дальнейшая
жизнь на нашей планете станет невозможной и придется искать новый дом. При иных
раскладах никто не потратит десятки миллиардов долларов, чтобы просто увидеть
холодную пустошь. Это можно сделать и на Голубой планете.


Жилой комплекс на Марсе / EKA

Марсианские теплицы

Терраформирование Марса будет грандиозным процессом, если вообще будет. Начальные стадии могут занять несколько десятилетий или столетий. Терраформирование всей планеты в землеподобную форму займет несколько тысяч лет. Некоторые предполагают и десятки тысяч лет. Как же мы превратим сухую пустынную землю в пышную среду, в которой смогут выжить люди, растения и другие животные? Предлагают три метода:

  • большие орбитальные зеркала, которые будут отражать солнечный свет и нагревать поверхность Марса
  • парниковые фабрики
  • сбрасывание полных аммиака астероидов на планету, чтобы повысить уровень газов

В настоящее время NASA разрабатывает двигатель на базе солнечного паруса, который позволил бы разместить большие отражающие зеркала в космосе. Они расположатся в нескольких сотнях тысяч километров от Марса и будут отражать солнечный свет на небольшой участок поверхности Марса. Диаметром такое зеркало должно быть около 250 километров. Весить такая штуковина будет около 200 000 тонн, поэтому лучше собрать ее в космосе, а не на Земле.

Если направить такое зеркало на Марс, оно сможет повысить температуру небольшого участка на несколько градусов. Суть в том, чтобы сконцентрировать их на полярных шапках, чтобы растопить лед и выпустить углекислый газ, который, как полагают, находится в ловушке изо льда. В течение многих лет повышение температуры выпустит парниковые газы, вроде хлорфторуглерода (CFC), который вы можете найти в своем кондиционере или холодильнике.

Еще один вариант сгущения атмосферы Марса, а значит и повышения температуры на планете, это строительство фабрик, производящих парниковые газы, работающих на солнечных батареях. Люди хорошо умеют выпускать тонны парниковых газов в собственную атмосферу, которые, как считают некоторые, приводят к глобальному потеплению. Этот же тепловой эффект может сыграть добрую шутку на Марсе, если создать сотни таких фабрик. Единственной их целью будет выпускать хлорфторуглерод, метан, двуокись углерода и другие парниковые газы в атмосферу.

Фабрики по производству парниковых газов будут либо отправлены на Марс, либо созданы уже на поверхности красной планеты, и это уже займет годы. Для транспортировки этих машин на Марс, они должны быть легкими и эффективными. Потом парниковые машины будут имитировать естественный процесс фотосинтеза растений, вдыхая углекислый газ и выдыхая кислород. Это займет много лет, но постепенно атмосфера Марса насытится кислородом, благодаря чему астронавты смогут носить только дыхательные аппараты, а не сдавливающие костюмы. Вместо или в дополнении к этим парниковым машинам можно использовать фотосинтезирующие бактерии.

Есть и более экстремальный метод озеленения Марса. Кристофер Маккей и Роберт Зурин предложили бомбардировать Марс большими ледяными астероидами с аммиаком, чтобы выработать тонны парниковых газов и воды на красной планете. Ракеты с ядерными двигателями должны быть привязаны к астероидам из внешней части нашей Солнечной системы. Они будут двигать астероиды со скоростью 4 км/с на протяжении десятка лет, а после выключаться и позволять астероиду весом в десять миллиардов тонн упасть на Марс. Энергия, которая высвобождается в процессе падения, оценивается в 130 миллионов мегаватт. Этого достаточно, чтобы питать Землю электроэнергией в течение десяти лет.

Хотя мы можем достичь Марса уже в ближайшем десятилетии, терраформирование займет тысячи лет. Земле потребовались миллиарды лет, чтобы превратиться в планету, на которой могут процветать растения и животные. Преобразование ландшафта Марса в земной — крайне сложный проект. Пройдет много веков, прежде чем человеческая изобретательность и труд сотен тысяч людей смогут вдохнуть жизни в холодный и пустынный красный мир.

Новая концепция теплиц для Луны и Марса

В результате ученые проекта EDEN ISS разработали новую концепцию дизайна для космической теплицы. Эта теплица предназначена для запуска с использованием ракеты Falcon 9. Ее развертываемая структура предоставит астронавтам необходимое пространство для выращивания пищи на Луне или Марсе.

«Площадь культивирования составит около 30 квадратных метров и, следовательно, почти в три раза больше площади, используемой в антарктическом контейнере для теплицы. Эта система позволит выращивать около 90 килограммов свежих продуктов в месяц, что соответствует половине нормы свежих овощей в день на каждого астронавта в команде из шести человек», — объясняет Шуберт.

Эта концепция также может быть объединена с системой биофильтрации (C.R.O.P.), целью которой является обработка биоразлагаемых отходов и мочи с целью получения готового раствора удобрения для выращивания растений. Это сделало бы концепцию теплицы почти полностью биорегенеративной системой жизнеобеспечения будущих мест обитания на Луне. Эта концепция является основой для дальнейших исследований.

Зачем космонавтам овощи и фрукты?

Мы с детства помним, что «лук от семи недуг», а «яблоко на ужин — и доктор не нужен», иными словами, фрукты, овощи и зелень — основа здорового питания и источник жизненно важных веществ. Всемирная организация здравоохранения советует взрослым съедать около 400 граммов овощей и фруктов каждый день. Конечно, овощи есть в составе консервированной пищи космонавтов, но со свежими хрустящими плодами на Земле ее не сравнить. С каждым грузовым кораблем на МКС отправляют овощи и фрукты, однако посылок с Земли хватает ненадолго.

К тому же со временем замороженная пакетированная пища просто надоедает.

Это не просто грустно — из-за недостатка аппетита космонавты часто теряют в весе, замечает норвежский биолог Силье Вольф. Эти проблемы во многом могут решить собственные грядки на борту.

Космические огороды полезны и для психики астронавтов. Источников постоянного стресса у них предостаточно: это и высокий риск, и нестандартные ситуации в работе, и даже замкнутое пространство станции, где сложно хотя бы ненадолго остаться наедине с собой. Известно, что садоводство помогает снизить проявления депрессии и уровень тревожности, а также улучшает субъективное ощущение благополучия. Ученые из Университета Флориды собрали свидетельства советских и американских космонавтов и пришли к выводу, что это работает и в условиях орбитальных станций. Например, американку Пегги Уитсон, проводившую на МКС эксперимент с соей, изумила собственная реакция на ростки в бортовой теплице: «Я думаю, возможность впервые за полтора месяца на станции увидеть что-то зеленое произвела на меня по-настоящему сильное впечатление».

Просто добавь воды: гидро- и аэропоника

Необходимость использовать для «грядок» почву или глину — скорее недостаток в условиях космического перелета. Твердый субстрат много весит, емкость грузовых кораблей и отсеков всегда ограничена, к тому же на станции частицы земли могут попасть в вентиляцию, а на будущих планетах-колониях подходящей почвы не найти. Поэтому исследователи всё чаще смотрят в сторону методов, в которых зелень и овощи растут в воде, — гидропоники и аэропоники.

«Огород» в жидком растворе, богатом питательными веществами, — идея далеко не новая, о таком способе писал еще Фрэнсис Бэкон в начале XVII века. С тех пор появилось множество методик садоводства без использования почвы, так что создателям космических технологий есть из чего выбирать. Например, можно держать корни в воде постоянно или использовать методику прилива-отлива, а также использовать разнообразные субстраты, удерживающие нужное количество жидкости.

Еще более перспективной может оказаться аэропоника: в этом случае корни растений находятся не в воде или субстрате, а в воздухе. Рядом установлены распылители, которые время от времени обволакивают корни легкой дымкой из крохотных капель питательного раствора. Так растения получают и питание, и достаточное количество кислорода — риск задушить урожай слоем воды намного ниже, чем в случае с классической гидропоникой. Уменьшается и риск болезни растений, так как опасные микроорганизмы часто поселяются в воде или влажном субстрате.

Гидропонику и аэропонику уже давно успешно используют на Земле. Они позволяют собирать урожаи даже в экстремальных условиях — например, в Антарктике.

Как на вулкане: эксперименты c аналогами реголитов

Несмотря на перспективы гидропоники, среди ученых есть и сторонники садоводства на основе грунта других планет. Такие эксперименты с 2013 года идут в Нидерландах. Биологи из Вагенингенского университета выращивают овощи в искусственном грунте, максимально напоминающем по составу реголиты с поверхности Марса и Луны. «Марсианский» грунт делают из вулканического пепла и песка с Гавайев, а «лунный» — из песка пустыни в Аризоне. Чтобы повторить текстуру реголита, материал дополнительно измельчают в пыль.

Ученые собрали уже более десятка урожаев, в их продуктовой корзине помидоры, горох, редис, рожь, зеленый лук и другие растения. Первые тесты показали, что уровень токсичных тяжелых металлов в овощах не превышает допустимые нормы (впрочем, новые урожаи еще проверят много раз).

Долететь до…

Строго говоря, это вообще
самый важный вопрос. На данный момент не существует полностью готовых
ракеты-носителя и космического корабля, с помощью которых можно осуществить
марсианскую экспедицию с высадкой человека. Естественно, в таких условиях
всерьез говорить о строительстве города или даже базы на Марсе нельзя.

Теоретически для полетов
к Красной планете можно использовать новейшую ракету от SpaceX – Falcon
Heavy. Однако она еще не имеет доказанной надежности. Кроме того, будучи
мощнейшей из ныне эксплуатируемых ракет, у нее есть вполне реальные
ограничения. Масса полезной нагрузки при полете на Марс, по расчетам,
составляет 16 800 килограммов. На низкую опорную орбиту (НОО) ракета-носитель
может вывести до 63 800 килограммов. Это много, но до рекорда старого
Saturn V далеко. Какие еще варианты? У разрабатываемой сейчас компанией Boeing
ракеты Space Launch System (SLS) масса полезной нагрузки при выведении на НОО в
усиленном варианте должна быть равна 131 500 килограммам. Значительно выше, чем
у Falcon Heavy.


SLS / Boeing

Ракета SLS сможет
выводить в космос перспективный пилотируемый корабль «Орион» из закрытой
программы «Созвездие», который, кроме всего прочего, рассматривают и в рамках
марсианских амбиций NASA. При этом нужно понимать, что вмещающий четыре
астронавта аппарат нельзя назвать научно-техническим прорывом. Это относительно
недорогой, частично многоразовый корабль, с помощью которого получится доставить
человека на орбиту Красной планеты, но не выйдет переселить на Марс, скажем,
тысячу землян.


Ракеты-носители / NASA

Получается несколько
парадоксальная ситуация, когда предложенный Маском гигантский корабль BFR
Spaceship при всей своей «фантастичности» выглядит куда более реальным
инструментом для покорения Марса, чем проекты, которые в течение долгих лет
реализовывали до него. Напомним, данный аппарат выступит в качестве верхней
ступени ракеты Big Falcon Rocket. Он будет содержать 825 кубических метров
герметичных площадей, в которых возможно разместить до 40 кабин для членов
экипажа, большие зоны общего пользования, склады, кухни, а также убежища для
защиты экипажа от солнечных вспышек.

В контексте возможного
строительства предполагаемого марсианского города особую значимость имеет то,
что корабль (во всяком случае, его ранняя версия) способен доставить на Марс до
450 тонн грузов. Это могут быть материалы для строительства жилых помещений,
солнечные панели, запасы воды и пищи, ремонтное оборудование и многое другое,
без чего жизнь на Красной планете невозможна.

Конкурент SpaceX –
компания Lockheed Martin – в 2017 году предложила свое представление об
инструменте покорения Марса. Специалисты рассказали об идее создания нового
космического корабля MADV (Mars Ascent/Descent Vehicle), который можно
отправить на Красную планету. Чисто внешне он похож на челнок «Спейс Шаттл».
Сама идея родилась не на пустом месте: космический корабль хотят использовать
как транспорт для околомарсианской орбитальной станции Mars Base Camp, о проекте
которой Lockheed Martin рассказала в 2016-м. Станция должна включать в себя
несколько модулей и быть заметно меньше МКС.


MADV / Lockheed Martin

Аппарат MADV стал важным
дополнением к проекту: в теории он будет доставлять грузы и колонистов со
станции на Марс. На орбитальной станции могут находиться сразу два челнока
MADV: один для выполнения текущих задач, другой – для подстраховки.
Отправить первых астронавтов на орбиту Марса Lockheed Martin хочет в 2028 году.

К сожалению, MADV –
всего лишь концепт. И как будет продвигаться его судьба дальше – пока не
известно. В свою очередь, SpaceX полна решимости воплотить в жизнь проект Big
Falcon Rocket. Маск даже презентовал миру топливный бак корабля и инструмент
для сборки космического аппарата. Так что при всем свойственном многим скептицизме
Илон (разумеется, при поддержке NASA) вполне может стать первым, кто
действительно построит что-нибудь на Марсе. Правда, вряд ли это будет город. И
уж тем более мегаполис на миллион жителей.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Новая Земля: проекты терраформирования других планет

Каждый из этих экспериментов — маленький шаг к будущему космического садоводства, но среди ученых есть и те, кто мыслит по-крупному. Сторонники идеи терраформирования предлагают не ограничиваться небольшими огородами и теплицами: они намерены с нуля создать на какой-либо другой планете условия, пригодные для жизни земных растений и животных. Проблема в том, что найти вторую Землю непросто: начинать придется даже не с нуля, а с серьезного «минуса».

Самый популярный кандидат на роль Земли 2.0 — конечно, Марс. Он находится по космическим меркам недалеко от нас, обладает запасами водяного льда и атмосферой — очень разреженной, но все-таки способной хоть немного защитить от радиации. Проекты терраформирования в основном фокусируются как раз на уплотнении атмосферы. Например, группа Джима Грина, директора отдела по изучению планет NASA, предложила окружить Красную планету оболочкой искусственного магнитного поля. Создавать его, по плану Грина, будет космический аппарат, находящийся в точке Лагранжа L1 между Солнцем и Марсом. Как именно должно работать это устройство, астрофизик не уточнил.

По словам Грина, магнитный щит «растопит» замерзший углекислый газ в ледяных шапках на полюсах Марса, это запустит парниковый эффект, и температура на планете может подняться на несколько градусов. Этого хватит, чтобы растопить часть водяного льда, а также постепенно поднять атмосферное давление, приближая Марс к земным условиям. Впрочем, в 2018 году эксперты NASA заявили, что «разогреть» Марс с помощью CO2 не выйдет — по крайней мере, при сегодняшнем уровне технологий. По словам Брюса Якоски и Кристофера Эдвардса, на Марсе не хватит углекислого газа для воплощения подобных проектов.

Еще одна смелая идея — изменить марсианскую атмосферу с помощью цианобактерий (синезеленых водорослей). Эти небольшие организмы способны к фотосинтезу: считается, что именно они «надышали» значительную часть того кислорода, который способствовал «кислородной революции» в начале протерозоя. В 2018 году международная группа ученых выяснила, что цианобактерии могут производить газ при очень низком уровне освещенности.

Старина Илон

Главные надежды на
создание марсианских колоний сейчас связывают с именем Илона Маска. Это не
только успешный изобретатель и бизнесмен, но и гений пиара. В хорошем смысле

К
его эффектным презентациям приковано внимание всего мира, даже если в них мало
конкретики и много технических нюансов

Об идее переселить на
Марс миллион человек, а также сбросить на полюса Красной планеты термоядерные
бомбы слышали многие. Однако для начала Маск решил просто добраться до своей
цели. Именно поэтому его проекты, такие как Big Falcon Rocket, обрастают сугубо
техническими деталями, в то время как общая концепция марсианского поселения
остается за кадром.


Big Falcon Rocket / SpaceX

Некоторые общие черты,
впрочем, видны уже сейчас. Прежде всего речь идет об огромном городе –
настоящем мегаполисе. Из презентации видно, что рядом с ним планируют
разместить по меньшей мере пять посадочных площадок. От них будут отходить и
вести в город три крупные дороги. Сам мегаполис представляет собой
«нагромождение» куполов разных размеров, служащих, очевидно, самым разным
целям.

Нет сомнений в том, что
проработка деталей такого поселения – не вопрос завтрашнего дня. Во всяком
случае, для Илона Маска, который привык решать вопросы планомерно, шаг за
шагом. Вопреки распространенному мнению, «витать в облаках», предлагая
утопичные проекты, предприниматель не любит. Так что пока он сосредоточится на
средствах доставки – таких, как уже упомянутый BFR.

Почему Марс?

Марс уже давно привлекает людей и захватывает воображение. Сколько книг и фильмов было создано по мотивам жизни на Марсе и его освоения. Каждая история создает свой собственный уникальный образ жизни, которая могла бы поселиться на красной планете. Что же такого в Марсе, что делает его предметом многочисленных историй? В то время как Венеру называют сестринской по отношению к Земле планетой, условия на этом огненном шаре крайне непригодны для жилья, хотя NASA и планировало посещение Венеры с попутной экскурсией на Марс. С другой стороны, Марс ближе всех находится к Земле. И несмотря на то, что сегодня это холодная и сухая планета, у нее есть все элементы, пригодные для жизни, как то:

  • вода, которая заморожена в виде полярных шапок
  • углерод и кислород в форме двуокиси углерода
  • азот

Есть удивительные сходства между марсианской атмосферой сегодняшнего дня и атмосферой, которая была на Земле миллиарды лет назад. Когда Земля только сформировалась, на планете не было кислорода, и она была похожа на пустую, непригодную для жизни планету. Атмосфера полностью состояла из углекислого газа и азота. И кислорода не было до тех пор, пока фотосинтезирующие бактерии, развившиеся на Земле, не произвели достаточное количество кислорода для возможного развития животных. Тонкая атмосфера Марса почти полностью состоит из оксида углерода. Таков состав атмосферы Марса:

  • 95,3 % двуокиси углерода
  • 2,7 % азота
  • 1,6 % аргона
  • 0,2 % кислорода

В противоположность этому земная атмосфера состоит на 78,1 % из азота, 20,9 % кислорода, 0,9 % аргона и 0,1 % двуокиси углерода и других газов. Как вы можете догадаться, любым людям, которые захотят посетить Марс уже завтра, придется тащить с собой достаточное количество кислорода и азота, чтобы выжить (мы ведь дышим не чистым кислородом). Тем не менее сходство атмосфер ранней Земли и современного Марса заставило некоторых ученых предположить, что те же процессы, которые на Земле переработали большую часть двуокиси углерода в пригодный для дыхания кислород, можно повторить и на Марсе. Для этого нужно сгустить атмосферу и создать парниковый эффект, который будет нагревать планету и обеспечит подходящую среду обитания для растений и животных.

  • время обращения ­— 24 часа 37 минуты (Земля: 23 часа 56 минут)
  • наклон оси вращения — 24 градуса (Земля: 23,5 градусов)
  • гравитационное притяжение — треть земного

Красная планета достаточно близко находится к Солнцу, чтобы испытывать смену времен года. Марс примерно на 50 % дальше от Солнца, чем Земля.

Другие миры, которые рассматриваются в качестве возможных кандидатов на терраформирование, это Венера, Европа (луна Юпитера) и Титан (луна Сатурна). Однако Европа и Титан находятся слишком далеко от Солнца, а Венера слишком близко. К тому же, средняя температура на поверхности Венеры — 482,22 градуса Цельсия. Марс, как и Земля, стоит особнячком в нашей Солнечной системе и может поддерживать жизнь. Давайте узнаем, как ученые планируют превратить сухой холодный ландшафт Марса в теплую и пригодную для жизни среду обитания.

Почему садоводство в космосе — это так сложно?

Первые шаги к космическим плантациям человечество сделало еще в начале 1980-х, когда космонавтам станции «Салют-7» удалось получить семена резуховидки Таля. Это небольшое растение из семейства капустных стало для исследователей растений тем же, чем плодовая мушка дрозофила для биологии животных: полный цикл развития резуховидка Таля может пройти всего за 6 недель. С тех пор на орбите вырастили немало культур, от салата до пшеницы, но эти урожаи в лучшем случае становятся приятной добавкой к пище: полностью обеспечить овощами обитателей космических станций не удастся еще долго.

Что именно мешает создать и возделывать «шесть соток» за пределами Земли? Авторы обзорной статьи в журнале Botany Letters называют несколько причин. Самая очевидная из них — микрогравитация: и на околоземной орбите, и на потенциальных планетах-колониях сила тяжести меньше привычной нам. Слабая гравитация влияет на многие особенности развития организмов, и растения не исключение. В экспериментах, где одни и те же культуры высаживали на Земле и на МКС, некоторые виды на орбите заметно теряли во вкусе и питательности. Например, в «космических» зародышах репы Brassica rapa оказалось гораздо меньше крахмала и белка (на 24 %). Температура воздуха, влажность и уровень освещенности вокруг растений на станции практически совпадали с земными, поэтому ученые считают, что во всем виновата низкая гравитация. Возможно, дело в том, что в невесомости растения начинают «задыхаться»: вода в таких условиях обволакивает корни более толстым слоем, вызывая кислородное голодание.

На закрытых станциях есть и другая проблема — нарушения конвекции (теплообмена), которые возникают, если замкнутое пространство плохо вентилируется. При этом вокруг растения накапливаются летучие органические вещества, способные затормозить его рост.

Не стоит забывать и о радиации. Наблюдения показывают, что постоянное излучение может вызывать повреждения ДНК и мутации, а также влияет на уровень экспрессии генов . Учитывая всё это, невозможно предсказать, как со временем изменятся привезенные с Земли растения. Эксперименты с радиацией уже заставили «похудеть» корни, стебли и листья резуховидки Таля.

Ссылка на основную публикацию